Karanlık madde nedir?
Astronomi ve kozmolojide olduğu kadar teorik fizikte de karanlık madde - form
Karanlık madde kavramı teorik olarak tanıtıldıgalaksilerin dış bölgelerinin anormal derecede yüksek dönme hızının ve kütleçekimsel merceklenmenin etkilerindeki gizli kütle sorununun açıklamaları (kütleleri sıradan görünür maddenin kütlesinden çok daha büyük olan maddeyi içerir); diğerleri arasında en tatmin edici olanıdır.
Karanlık maddenin bileşimi ve doğası gerçekbilinmeyen an. Genel kabul görmüş kozmolojik model çerçevesinde, soğuk karanlık madde modeli en olası olarak kabul edilir. Parçacıkların rolü için en olası adaylar pısırıklardır. Aktif aramalara rağmen, deneysel olarak henüz bulunamamıştır.
“Karanlık madde” teriminin kendisi ilk olabilirhızlarının dağılımına dayalı olarak galaksideki yıldızların kütlesini tahmin etmek için kullanıldı. Sonuçta terim, varlığı yalnızca kütleçekim etkisine göre değerlendirilebilen, gözlemlenemeyen madde anlamında tam olarak kullanılmaya başlandı.
COSMOS projesi çerçevesinde zayıf yerçekimsel mercekleme yöntemi kullanılarak oluşturulan karanlık madde dağılımının üç boyutlu haritası.
Karanlık maddenin varlığına dair alternatif teoriler
- Alternatif yerçekimi teorileri
Gözlemlenen fenomeni açıklamaya çalışırken,Toplamda, bu kavramı dahil etmeden karanlık maddenin varlığının gerekliliği hakkında bir sonuca varıldıktan sonra, ilk önce genel olarak kabul edilen yerçekimi etkileşimi yasalarının büyük mesafelerde geçerliliği ile ilgili düşünceler ifade edildi.
En ünlüsü değiştirilmiş olanıdırNewton dinamiği (MOND), İsrailli astrofizikçi Mordechai Milgrom tarafından 1980'lerin başında önerilen, galaksilerin dönme eğrilerinin gözlemlenen şeklini açıklayacak şekilde uzayın bazı bölgelerinde daha güçlü etkileşimler üreten yerçekimi yasasının bir modifikasyonu olan bir teoridir. .
2004 yılında teorik fizikçi YaakovYine İsrail'den Bekenstein, bu hipotezin göreli bir genellemesini geliştirdi: tensör-vektör-skaler yerçekimi teorisi, aynı zamanda yerçekimsel merceklenmenin gözlemlenen etkilerini de açıklıyor.
Buna ek olarak, 2007 yılında Kanadalı fizikçi John Moffat, skaler-tensör-vektör yerçekimi teorisi olarak da adlandırılan değiştirilmiş yerçekimi teorisini önerdi.
Değiştirilmiş yerçekimi teorilerinin savunucularıKaranlık madde parçacıklarının doğrudan tespitine yönelik deneylerden elde edilen olumlu sonuçların mevcut olmayışını, onların lehine bir argüman olarak düşünün.
Bu arada, şu anda çoğu bilim insanıMOND'u tanımıyor çünkü ona dayalı hesaplamalar tutarsızlığını gösteriyor. Alternatif yerçekimi teorilerinin sorunu, karanlık maddenin varlığının sonuçları olan bireysel etkileri gerekçelendirseler bile bunları bir bütün olarak hesaba katmamalarıdır.
Gözlenen davranışı açıklamıyorlargalaksi kümeleri ile çarpışır ve erken evrende büyük miktarlarda baryonik olmayan görünmez maddenin varlığına ilişkin kozmolojik argümanlarla tutarsızdır.
Abell 2218 Gökada Kümesi
- Plazma kozmolojisi
Bu teori 1960'larda geliştirildiHannes Alfven adlı İsveçli bir fizikçi tarafından (1970 Nobel manyetodinamik keşif ödülü sahibi) tarafından - bunu yaparken Dünya'ya yakın plazma (aurora borealis) ve Christian Birkeland'ın ilk çalışmaları konusundaki deneyimlerinden yararlandı.
Teorinin temeli şu varsayımdır:Elektriksel kuvvetler uzak mesafelerde (galaksi ölçeği ve galaksi kümeleri) yerçekiminden daha önemlidir. Plazmanın tüm evreni doldurduğunu ve iyi bir iletkenliğe sahip olduğunu varsayarsak, onlarca megaparsek ölçeğinde muazzam elektrik akımlarını (yaklaşık 1017-1019 amper) iletebilir.
Bu tür akımlar, hem galaksilerin hem de galaksi kümelerinin (galaktik iplikler veya filamentler) yapısını oluşturan güçlü bir galaktik manyetik alan yaratır.
Böylesine güçlü bir alanın varlığı kolaylıkla açıklanabilirgalaktik kolların oluşumu (galaktik kolların oluşum nedeni konusunda henüz bir fikir birliği yoktur), galaktik disklerin dönüş hızının yarıçaptan dağılımı, bir karanlık madde halesi ekleme ihtiyacını ortadan kaldırır.
Ancak şu anda modern astrofizik, onlarca megaparsek ölçeğinde bu kadar güçlü akımları veya yüksek galaksiler arası ve galaksiler arası manyetik alanları gözlemlemiyor.
Plazma kozmolojisi varsayımlarıAlfvén ve Anthony Perrat tarafından yapılan Evrenin büyük ölçeklerdeki ipliksi hücre yapısı ve homojenliği (Evrenin Büyük Ölçekli Yapısı olarak da bilinir), 1980'lerin sonlarında ve 1990'larda yapılan gözlemlerle beklenmedik bir şekilde doğrulandı, ancak bu gözlemler aynı zamanda genel kabul görmüş kozmolojik modeller çerçevesinde açıklanmaktadır.
Evrenin filamentli yapısını açıklamakŞu anda, yerçekimsel dengesizlik nedeniyle filamanların oluşumu teorisi kullanılmaktadır (başlangıçta, neredeyse eşit bir kütle dağılımı kostikler üzerinde yoğunlaşır ve filamanların oluşumuna yol açar), karanlık maddenin büyüyen yapıları üzerinde görünür yapının olduğu kullanılır. madde oluşur (böyle bir karanlık madde yapısının kökeni, şişme sürecindeki kuantum dalgalanmalarıyla açıklanır).
Şu anda plazma kozmolojisiTeori, Büyük Patlama yolunda Evrenin gelişimini reddettiği için popüler değildir. Öte yandan, Büyük Patlama teorisini terk edersek ve Evrenin yaşının 13,5 milyar yıldan çok daha büyük olduğunu düşünürsek, o zaman gizli kütle büyük ölçüde MACHO gibi siyah cüceler gibi MACHO nesneleriyle açıklanabilir. on milyarlarca yıldır soğudu ...
- Diğer boyutlardan gelen madde (paralel evrenler)
Bazı ekstra boyut teorileri, yerçekimini, ekstra boyutsal uzayımıza etki edebilecek benzersiz bir kuvvet türü olarak kabul eder.
Bu varsayım açıklamaya yardımcı olurdiğer üç temel etkileşime (elektromanyetik, güçlü ve zayıf) kıyasla yerçekimi etkileşiminin göreceli zayıflığı: yerçekimi daha zayıftır, çünkü ekstra boyutlarda büyük maddelerle etkileşime girebilir, diğer etkileşimlere erişilemeyen bir engeli aşabilir.
Buradan, karanlık madde etkisininSıradan boyutlarımızdan görünen maddenin yerçekimi yoluyla diğer (ekstra, görünmez) boyutlardan gelen büyük maddeyle etkileşimi ile mantıksal olarak açıklanabilir. Aynı zamanda bu boyutlar ve içlerindeki bu madde, başka türlü etkileşimleri hiçbir şekilde hissedemez, etkileşime giremez.
Diğer boyutlardaki madde (aslındaParalel Evren), ölçümlerimize benzer şekilde yapılara (galaksiler, galaksi kümeleri, filamentler) dönüşebilir veya ölçümlerimizde görünür galaksilerin etrafında yerçekimsel bir hale olarak hissedilen kendi egzotik yapılarını oluşturabilir.
Evrenin yapısının evriminin sayısal modellemesinin sonuçları
- Topolojik uzay kusurları
Karanlık madde ilkel olabilir(Büyük Patlama sırasında ortaya çıkan) enerji içerebilen kuantum alanlarının uzay ve / veya topolojisindeki kusurlar, dolayısıyla yerçekimi kuvvetlerine neden olur.
Bu varsayım araştırılabilir veBu tür bir topolojik kusurun bu ağ üzerinden geçişini kaydedecek doğru, sürekli senkronize (GPS kullanarak) bir atom saati ile donatılmış yörüngesel bir uzay sondaları ağı (Dünya çevresinde veya Güneş Sistemi içinde) kullanılarak doğrulandı.
Etki açıklanamayan (yaygıngöreli nedenler) açık bir başlangıcı ve zamanla sonu olan bu saatlerin gidişatındaki uyumsuzluk (hareketin yönüne ve böyle bir topolojik kusurun boyutuna bağlı olarak).
Karanlık madde içermeyen galaksi
Bilim adamları karanlık madde içermeyen galaksiler buluyorlar, ancak nasıl oluştuklarını açıklamanın bir yolu yok.
- NGC1052-DF2
NGC1052-DF2 galaksisinde olması gerekenden en az 400 kat daha az karanlık madde var.
kullanılarak gerçekleştirilen ölçümlerin sonuçlarıKeck Gözlemevi'nin 10 metrelik teleskopu ve Hubble Uzay Teleskobu da (bunlar günümüzde mevcut olan en iyi astronomi araçlarıdır) NGC1052-DF2'de hiçbir karanlık maddenin bulunmadığını da kabul etmektedir.
Yalnızca büyük teleskoplarla görülebilen bu galaksi,Güneş gibi 100 milyon yıldız seviyesinde toplam parlaklığa sahip ve kütlesi Güneş'in kütlesinden yaklaşık 200 milyon kat daha fazla - bu parametrelere göre NGC1052-DF2 genel seriden pek öne çıkmıyor.
Ama onun içinde ne bulunurnispeten parlak nesneler ve bu nedenle, birkaç görüntüde galaksi, bulanık bir bulut yerine bir dizi parlak nokta olarak ortaya çıkıyor, zaten çok daha ilginç bir gerçek; Gökbilimcileri NGC1052-DF2'ye doğru sıkıca paketlenmiş bir programla teleskopları konuşlandırmaya zorlayan oydu.
Araştırmacılara göre bu parlak noktalarküresel yıldız kümeleridir, ancak sayıları ve parlaklık dağılımları o kadar sıra dışıdır ki, gökbilimciler bu yayında bu nesneler hakkında ayrıntılı olarak konuşmayı bile reddettiler ve bu konuya henüz hazırlık aşamasında olan başka bir yayında daha ayrıntılı olarak geri döneceklerine söz verdiler.
NGC1052-DF2'yi diğerleriyle karşılaştırırsakgalaksiler aynı kütleye sahipse, o zaman karanlık maddenin görünmez halesi, gökbilimcilerin bulduğundan dört yüz kat daha ağır olmalıdır; bu son derece sıra dışı bir sonuçtur.
- NGC 1052-DF4
Bilim adamları ek sonuçları açıklıyorYıldız hareketlerine dayalı olarak hız dağılımının daha güvenilir tahminlerinin yapılmasına olanak tanıyan gözlemler. Sonuç olarak gökbilimciler, gözle görülür derecede daha küçük hatalarla (yaklaşık %30) saniyede 8,5 kilometrelik bir değer elde ettiler.
Bu verilerden, toplam kütleningalaksi yaklaşık olarak ışıklı maddenin kütlesine eşittir, bu da bu durumda karanlık maddenin eklenmesine olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Bilim adamları ayrıca yakınlarda benzer bir gökada NGC 1052-DF4'ü keşfettiler, bu da son derece düşük bir yıldız hızı dağılımına sahipti - saniyede yaklaşık 4,2 kilometre, ancak bu vakadaki hatalar yaklaşık% 80'dir.
Yazarlara göre elde edilen veriler yükseknitelikleri, yalnızca karanlık madde içermeyen istisnai bir galaksinin değil, aynı zamanda yeni bir benzer nesne sınıfının varlığına dair ikna edici kanıtlar sağlıyor.
Ayrıca bu sonuçların olmadığını da hatırlatırlar.hiçbir şekilde karanlık madde hipotezini çürütmeyin, aksine bunun gerekliliğini onaylayın: eğer onun tarafından tanımlanan etkiler gerçekten sıradan madde tarafından üretildiyse, o zaman böyle bir durum ortaya çıkamazdı ve karanlık madde içermeyen bir nesne bulundu. , o zaman bu, tam olarak doğrudan ilişkili olmayan iki ayrı tür maddenin varlığından bahseder.
Galaksiler karanlık madde olmadan nasıl var olabilir?
Gözlemlere göre değerlendirilen galaksiler,Evrenin kütlesinin %26,8'inden sorumlu olduğuna inanılan çevredeki maddeyle zayıf etkileşime giren bir madde olan karanlık madde neredeyse hiç içermiyor, gökbilimcilerin bu maddenin doğasını anlamasını zorlaştırıyor.
Son zamanlarda keşfedilen bu tür nesnelerBu gözlemler, astrofizikçiler tarafından benimsenen Lambda-CDM kozmolojik modeline meydan okuyor; buna göre, tüm galaksiler büyük bir karanlık madde halesiyle çevrelenmelidir.
Karanlık madde içermeyen nesneler çok değilgökbilimciler tarafından iyi çalışıldı. Oluşumlarının olası mekanizmalarını incelemenin bir yolu, birkaçını farklı gelişim aşamalarında gözlemlemektir. Bir bilgisayar modeli kullanarak galaksiler hakkındaki bilgileri işlemek, evrimlerinin izini sürmeyi mümkün kılar.
Bunların yapısını anlamak içinbilim adamları, yıldızların yaşam döngülerini, süpernova ve kara deliklerin etkisini ve galaksilerin birleşmelerini hesaba katan Illustris modelini kullanarak evrimlerini modelledi. Araştırmacılar, model tarafından oluşturulan sistemde, aynı sayıda yıldıza, küresel küme sayısına ve karanlık madde kütlesine sahip birkaç "cüce galaksi" buldular.
Adından da anlaşılacağı gibi bir cüce galaksiküçüktür ve birkaç milyar yıldızdan oluşur. Buna karşılık, yörüngesinde bilinen 20'den fazla cüce galaksinin bulunduğu Samanyolu'nda ise 200 ile 400 milyar arasında yıldız bulunuyor.
Küresel kümeler genellikle değerlendirmek için kullanılırgalaksilerde, özellikle küçüklerde karanlık madde içeriği. Astrofizikçiler, cüce galaksilerin kendi yerçekimi kuvvetleri tarafından oluşturucu materyallerini "dışarı itmeleri" sonucunda karanlık maddelerinin% 90'ını kaybettiklerini keşfettiler.
Sonuç nedir?
Karanlık madde olmadan kara deliklerin keşfi mümkün değilvar olmadığı anlamına gelir. Aksine, yıldızların hıza göre tipik bir dağılımına sahip olmayan bir galaksi, gözlem sonuçlarını karanlık maddeyle ilgili olmayan bazı evrensel etkilere atfetmeye çalışan teorilerin konumlarını zayıflatır.
Değiştirilmiş Newton dinamiğindedirYıldızların galaksilerin merkezi etrafında her zaman yaklaşık olarak aynı hızda dönmesi gerekir ve NGC1052-DF2, halihazırda pek çok uzmanın desteğini kaybetmiş olan bu modele karşı oynuyor.
Karanlık olmayan bir galaksinin varlığını kabul etmekModern astrofizik, evrensel çekim yasasının Evrenin farklı yerlerinde seçici bir şekilde çalıştığı fikri en azından şüphelidir.
Daha fazla oku
Dünyanın en büyük buzdağı çöktü, parçalar kuzeye koştu. Bu tehlikeli mi?
Satürn'ün uydusu Rhea'da roket yakıtı izleri bulundu. Nereden geliyor?
Kürtaj ve bilim: doğum yapacak çocuklara ne olacak